Smegenyse nustatytos grandininės reakcijos

2023 Autorius: Bailey Leapman | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-09-16 15:47

Kiekvienas, kaip ir anksčiau paėmęs gitarą ar teniso raketę, žino, tikslus laikas dažnai yra esminė sudėtingų užduočių atlikimo dalis. Dabar, tyrinėdami paukščių giesmę kontroliuojančias smegenų grandines, MIT mokslininkai nustatė smegenų veiklos „grandininę reakciją“, kuri, atrodo, kontroliuoja giesmės laiką.

Zebrinio kikilio giesmė labai stereotipiška; kiekviena daina trunka apie 1 sekundę ir susideda iš kelių skiemenų, kurių laikas yra beveik vienodas nuo vieno atlikimo iki kito. „Tai puiki pavyzdinė sistema tiriant, kaip smegenys kontroliuoja veiksmus“, – sako Michale Fee, vyresnysis tyrimo autorius ir McGovern smegenų tyrimų instituto narys.

Smegenų struktūros, susijusios su paukščių dainų kūrimu, buvo nustatytos, o Fee ir jo kolegos anksčiau įrodė, kad dainos tempą kontroliuoja smegenų sritis, žinoma kaip HVC. Per 1 sekundę dainos metu atskiri HVC neuronai suaktyvina tik vieną trumpą aktyvumo pliūpsnį tiksliu dainos laiko momentu. Skirtingi neuronai suveikia skirtingu laiku, todėl šių neuronų aktyvumas yra „laiko žyma“, dėl kurios kiekvieną dainos akimirką balso organams siunčiamos teisingos instrukcijos.

Bet kaip kiekvienas HVC neuronas žino, kada suveikti tokiu tobulu laiku? Buvo pasiūlytos kelios skirtingos idėjos, tačiau viena ypač patraukli idėja yra „sinchronizavimo grandinės“modelis, kuriame neuronai šaudo grandinine reakcija – kiekvienas iš jų suaktyvina kitą sekoje, kaip krintančių dominų kaskadą.

Naujame tyrime, kuris pasirodo spalio 24 d. internetiniame Nature numeryje, Fee ir kolegos išbandė šią idėją naudodami intraląstelinius įrašus – metodą, kuriuo galima užfiksuoti nedidelius įtampos svyravimus atskiruose HVC neuronuose. Vykdydami technines keliones, jie sukūrė metodą, pagal kurį šie įrašai gali būti daromi, kai paukštis laisvai juda savo narve ir elgiasi natūraliai, pavyzdžiui, gieda.

Jų rezultatai palaiko domino grandinės modelį. Kai atskiri HVC neuronai užsidega, jie tai daro staiga, tarsi nukentėtų prieš tai buvęs domino kauliukas. Išankstinio aktyvumo nebuvo; Vietoj to, kiekvienas neuronas tylėjo, kol atėjo ugnies eilė, o tada jis parodė staigų aktyvumo pliūpsnį, kurį tikriausiai sukėlė sužadinimo įvestis iš ankstesnio grandinės neurono. Tolesniais eksperimentais autoriai parodė, kad šį aktyvumo pliūpsnį staiga sukelia kalcio antplūdis per specializuotus membraninius kanalus, kurie atsidaro reaguojant į šį sužadinimo įvestį.

MIT tyrėjai taip pat parodė, kad HVC neuronų nervinių sprogimų laikas nėra lengvai sutrikdytas dėl nedidelių elektrinių trikdžių. Tai svarbu, aiškina pirmasis autorius Michaelas Longas, kuris dabar yra Niujorko universiteto Langone medicinos centre."Jei vienas neuronas padarytų klaidą nustatydamas laiką, kiekvienas paskesnis neuronas grandinėje taip pat būtų išjungtas. Tai būtų kaip muzikantas, neturintis ritmo jausmo."

„Tai pirmas kartas, kai mums pavyko suprasti išmoktos elgesio sekos generavimą“, – sako Fee. "Mes prognozuojame, kad panašūs mechanizmai tikriausiai egzistuoja ir kitose smegenyse, įskaitant mūsų."